雙層鐵磁系統(tǒng)中交換耦合式自旋動力學研究.pdf

1、目前,鐵磁薄膜系統(tǒng)在現(xiàn)代信息技術領域處于非常重要的地位,在磁性數(shù)據(jù)存儲到傳感器或磁隨機存儲器方面都得到了廣泛的應用.對于器件而言,材料的低激發(fā)態(tài)性質非常重要,當外場感應或進行讀取數(shù)據(jù),材料內(nèi)部就會產(chǎn)生激發(fā).而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代磁性材料中的自旋翻轉速度由材料的本征激發(fā)決定.所以,對層狀磁性材料中的自旋激發(fā)的研究有助于理解系統(tǒng)的磁學性質.本文應用界面重方法,采用非周期性邊界條件討論了兩層鐵磁薄膜中自旋波及其共振.
　　 首先,我們建立了

2、層狀體系中的統(tǒng)一微觀理論,具體將此理論應用于兩層對稱的體系詳細研究了這種體系中的本征激發(fā),給出了體系中本征值存在的判據(jù).研究結果發(fā)現(xiàn),當界面是鐵磁耦合時,體系的奇數(shù)支本征模(對稱模)與界面性質無關,而偶數(shù)支本征模(反對稱模)的能量隨界面交換作用參數(shù)的增加而增大；當界面反鐵磁耦合時,奇數(shù)支本征模(對稱模)的能量隨界面耦合參數(shù)的減小而減小,而偶數(shù)支本征模(反對稱模)的性質與界面耦合無關,并將計算結果與已有的結論進行了對比,結果符合得很好.在

3、此基礎上,我們進一步研究了界面交換作用對自旋波共振的影響,結果發(fā)現(xiàn),界面鐵磁耦合體系中只有第一支本征模存在共振,其余所有的本征模都不存在共振；對于界面反鐵磁耦合體系,所有關于界面對稱的本征模都存在共振,除第一支本征模外,每支模的共振隨著界面交換作用參數(shù)的減小每支模的共振增強.
　　 之后,我們又將理論應用于兩層非對稱界面鐵磁耦合薄膜體系,詳盡地討論了體系的第一布里淵區(qū)的能帶精細結構.結果發(fā)現(xiàn),這種體系的能帶結構可以看成是每一子層

4、獨立存在時能帶的“交疊”,實質上并沒有完全交疊,而是因為兩層的體交換作用和自旋的乘積不同以及兩層間又存在界面耦合而導致的結果.對于這樣的體系可能存在兩種能帶結構,一種是有帶隙(β<2／3,其中β=JBSB／JASA),一種是沒有帶隙(β>2／3).在此基礎上我們又進一步討論了各種本征模在第一布里淵區(qū)的演化條件,主要包括光學界面模轉化為A層中的禁閉模,體模轉化為A層中的禁閉模,體模轉化為B層中的禁閉模和B層中的禁閉模轉化為帶隙中的界面模.

5、
　　 我們還進一步討論了第一布里淵區(qū)的自旋波共振的演化,結果發(fā)現(xiàn),在體模存在區(qū)域會存在多重共振峰,但峰值相對較弱,較強的共振尖峰可能出現(xiàn)在不同性質的本征模轉化的臨界點.
　　 對于兩層非對稱體系,我們進一步研究了各向異性對本征值的影響.結果發(fā)現(xiàn),易軸型各向異性使得能量相對較高的能帶整體上移,而能量較低的能帶不動,這樣就使得兩帶的交疊區(qū)域變小,體模和光學界面模存在的區(qū)域變小,而使得禁閉模和帶隙中的界面模存在的區(qū)域變大,進

6、而給出了在整個布里淵區(qū)存在帶隙的條件；對于給定參數(shù)的體系,自旋波的演化條件是不變的,自旋波共振的演化會發(fā)生改變.對于異面型各向異性,在我們討論的條件下,異面型各向異性使得能量相對高的能帶整體下移,而能量較低的能帶不動,這樣就使得兩帶的交疊區(qū)域變大,體模和光學界面模存在的區(qū)域變大,而使得原來禁閉模和帶隙中的界面模存在的區(qū)域變小,出現(xiàn)了兩種新的禁閉模；在此基礎上我們也給出了在整個布里淵區(qū)存在帶隙的條件；通過進一步對自旋波共振的研究發(fā)現(xiàn),由于

7、特殊能帶結構的出現(xiàn),在整個布里淵區(qū)會存在雙共振尖峰.
　　 最后,我們建立了考慮表面各向異性的自旋波理論,并把理論應用于最簡單的對稱體系進行討論表面各向異性對體系本征值和自旋波共振的影響.結果發(fā)現(xiàn),當表面各向異性參數(shù)為正值時,表面各向異性不影響每支本征模的傳播性質,當表面各向異性參數(shù)為負值時,能量最低的兩支體模轉化為聲學界面模；而且表面各向異性參數(shù)為正值時,體模波長變短,而表面各向異性參數(shù)為負值時,體模波長變長.此外,當界面為鐵